Основные теории судна (ОТС)

36

Содержание.

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну

2. Определение водоизмещения и координат центра тяжести судна. Контроль плавучести и остойчивости

3. Расчёт и построение диаграмм статической и динамической остойчивости

4. Определение посадки и остойчивости судна в эксплуатационных условиях

5. Определение резонансных зон бортовой, килевой и вертикальной качки по диаграмме Ю. В. Ремеза

Список использованной литературы

Часть 1.

Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну.

1.1 Технико-эксплуатационные характеристики судна

«АМУР-2526».

Тип судна - стальное, однопалубное, двухвинтовое грузовое судно, без оседловатости, с двойным дном, с двойными бортами, восемью поперечными переборками, с баком и ютом, машинным отделением, надстройками и рубками, расположенными в корме, с тремя грузовыми трюмами.

Назначение судна - перевозка генеральных и насыпных грузов, включая зерно, уголь и контейнеры. Максимальное количество контейнеров 102 TEU.

Страна приписки - Россия.

Порт приписки - Архангельск.

Судовладелец - АО «Северное речное судоходство».

Построен в августе 1988г. в Чехословакии.

Класс - КМЛЗIIIСП

Дедвейт - 3148 т. включая 157 т. топлива и 1905 т. водяного балласта.

Скорость судна в полном грузу - 10,0 узлов.

Наибольшая длина - 116,03 м.

Длина между перпендикулярами - 111,2 м.

Ширина - 13,43 м.

Высота борта - 6 м.

Осадка по ЛГВЛ - 4 м.

Водоизмещение по ЛГВЛ - 5025 т.

Класс регистра судоходства, присвоенный судну: КМЛЗIIIСП

КМ - основной символ класса судна, построено под надзором другого, признанного Морским регистром судоходства, классификационного органа, по правилам классификации, а затем судну присвоен класс Морского регистра судоходства.

К - корпус построен по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

М - механические установки судна построены по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

Л3 - знак категории ледового усиления. Означает что судну разрешено самостоятельное плавание по мелко битому льду или же под проводкой ледокола в круглогодично замерзающих морях, в легких ледовых условиях.

IIIСП - знак ограничения района плавания. СП - смешанное плавание (река-море). Разрешено плавание в морских районах с максимально допустимой высотой волны 3-х процентной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району плавания, обусловленными ветроволновыми режимами бассейнов с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль.

Схематический продольный разрез и вид на верхняя палубу судна приведены на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схематический продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна

Часть 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ И КООРДИНАТ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ СУДНА. КОНТРОЛЬ ПЛАВУЧЕСТИ И ОСТОЙЧИВОСТИ.

2.1 Исходные данные:

Характеристики судна порожнем:

М0=1873,1т. (М0 - водоизмещение судна)

ХG0= -9,34м. (ХG0 - абсцисса центра тяжести)

ZG0=5,14м. (ZG0 - аппликата центра тяжести)

=0,8 м3/т

2.2 Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:

(2.4)

где трi - объем i-го трюма, м3

- удельный погрузочный объем груза, м3/т

= 0,80 м?/т - удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.

Таблица 2.1 - Характеристики грузовых трюмов судна.

Т. к удельный погрузочный объем груза мал, то вычисляем по следующей формуле:

(2.5)

- соответственно длина, ширина i-го трюма и высота штабеля груза в нем, м; Максимально допустимая высота штабеля для груза с малым удельным погрузочным объемом вычисляется по формуле

(2.6)

где - максимально допустимая нагрузка на судовое перекрытие, т/м2. Значения приведены в таблице 2.1

mтр1 = 899 т

mтр2,3 = 1587,2 т

Таблица 2.2 - Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна в эксплуатационном случае нагрузки.

?mh -поправка на свободную поверхность жидкости в цистерне; учитывается только для цистерн, в которых свободная поверхность распространяется на всю площадь цистерны, т.е. заполненных более чем на одну треть. Если уровень остатков в цистернах составляет 10 см и менее, то поправочные моменты, как правило, могут не вводится, рассчитывается по формуле:

?mh = Ix*?, тм

где Ix - момент инерции поверхности, м4

? - плотность необходимой жидкости, т/м3 (пресная вода -1 т/м3, забортная вода, балласт, подсланевые воды, мытьевые воды, фекальные воды - 1,03 т/м3, масло - 0,9 т/м3, дизельное топливо - 0,85 т/м3)

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по формулам:

М = Мо + mi (2.1)

М = 6294,08 т

(2.2)

м

(2.3)

м

Плавучесть считается обеспеченной, если М . Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы (5025т). Т. к плавучесть судна не обеспечена, производим разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости.

2.3 Разгрузка трюмов пропорционально их вместимости.

М = Мо + mi (2.1)

М = 5024,88 (т)

(2.2)

м

(2.3)

м

2.4 Нахождение поперечной метацентрической высоты для данного случая нагрузки.

Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

; (2.6)

где - аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция.

Из таблицы следует, что для моего случая =5,69 м.

Подставляем значение в формулу 2.5:

м

Исходя из полученного результата и данных в приложении Г, можно судить, что остойчивость судна считается обеспеченной, т. к hрасч.>hmin=0,80 м

Часть 3.

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ И

Если груз размещён неравномерно по ширине, то судно получит статический крен, который определяется формулой:

(4.9)

где m = 100 т - масса неудачно размещённого груза;

у = - 0,50 м - координата неудачно размещённого груза;

h = 1,40 м - метацентрическая высота (см. Часть 2)

М = 5024,88 т - водоизмещение судна,

Рисунок 4.1 - Изменение осадки от принятия/снятия 10 тонн груза

град

Получаем: = -0,410.

Угол крена в формуле (4.9) получился отрицательным, это значит, что судно имеет крен на левый борт.

4.3. Определение статических и динамических углов крена от шквала, создающего кренящий момент Мкрдин= 500 тм, при бортовой качке с амплитудой т= 15

Углы крена определяется с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости (Рисунки 4.2 - 4.7)

Плечо кренящего момента находят по формуле:

(4.10)

Рисунок 4.2 - Диаграмма статической остойчивости при отсутствии крена

Рисунок 4.3 - Диаграмма динамической остойчивости при отсутствии крена

Рис.3

Рисунок 4.4 - Диаграмма статической остойчивости при крене на наветренный борт

Рисунок 4.5 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на наветренный борт.

Рисунок 4.6 - Диаграмма статической остойчивости при крене на подветренный борт.

Рисунок 4.7 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на подветренный борт.

На диаграмме статической остойчивости динамический угол крена определяют из условия равенства работы восстанавливающего и кренящего моментов. Работа восстанавливающего момента равна площади, ограниченной графиком диаграммы статической остойчивости, осью абсцисс и перпендикуляром к ней, восстановленном из точки д. Работа кренящего момента равна площади, ограниченной графиком кренящего момента до угла крена д осью абсцисс. Положение перпендикуляра при д подбирается таким образом, чтобы площади под диаграммой статической остойчивости и графиком кренящего момента были равны.

По диаграмме динамической остойчивости задача решается следующим образом. На оси абсцисс диаграммы откладывается угол, равный 1 радиану (57,3°), и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр. На перпендикуляре откладывается плечо кренящего момента 1динкр, конец этого отрезка соединяется с началом координат. Абсцисса точки пересечения этой прямой с диаграммой динамической остойчивости соответствует углу динамического крена судна от шквала.

Снимая на диаграммах статической и динамической остойчивости значения статического и динамического углов крена, получаем:

При наличии у судна крена на тихой воде по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.2) ст=3,50, д = 70 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.3) д = 70.

При крене судна на наветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.4) ст=40, д = 230 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.5) д = 230.

При крене судна на подветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.6) ст=3,70, д = -9,40 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.7) д = -9,40.

Таким образом, можем сделать вывод, что во время шквального ветра динамические углы будут больше в том случае, когда на волнении судно накреняется на наветренный борт. Эта ситуация принимается за расчётную при нормировании их остойчивости.

4.4. Проверка удовлетворения требований остойчивости судна в

соответствии с Правилами Регистра судоходства в случае смещений груза зерна во всех трюмах одновременно.

а) Рассмотрим первый случай, когда трюма заполнены «под крышки», т.е. высота пустоты в соответствии с Правилами Регистра для данного судна должна приниматься равной 100 мм. В случае полного заполнения трюмов (Рисунок 4.8) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 150.

 b

15о

100

уi

Рисунок 4.8 - Схема перемещения зерна в случае полного заполнения трюма

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с
Правилами Регистра, определяется по формуле:

МLy = Sпуст . yпуст (4.11)

где Sпуст - площадь перемещающейся пустоты, м2;

yпуст - поперечное перемещение пустот, м.

Для вычисления Sпуст воспользуемся формулой:

Sпуст1 = (b2* tg150)/2 (4.12)

Sпуст2 = Bтр . 0,1 (4.13)

где Sпуст1 - начальная площадь пустоты, м2;

Sпуст2 - площадь пустоты после смещения, м2;

b - ширина пустоты по крышке люка;

Bтр - ширина трюма, Bтр = 9,9 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по ширине);

Sпуст2 = 9,9* 0,1 = 0,99 м2

Sпуст2= Sпуст1

0,99 = b2/2 * tg150 = b2/2*0,27

b2 = 1,01/0,134 = 7,54 м2

b = 2,7 м

Поперечное смещение пустоты упуст вычисляется по формуле (из Рисунка 4.8):

yпуст = Bтр - Bтр/2 - b/3

yпуст = 9,9-9,9/2-2,7/3 = 4,05 м

Используя формулу (4.11), найдём расчётный кренящий момент MLy:

MLy = 0,99*4,05= 4,01 м3

Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле:

(4.14)

где М - водоизмещение судна, т (см. Часть 2)

- длина всех трюмов, = 61 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по длине);

зерн - удельный погрузочный объём зернового груза, м3/т;

k =1,06 для полностью загруженного трюма, k =1,12 для частично загруженного трюма

Удельный погрузочный объём кукурузы равен 1,4 м3/т

Из формулы (4.12) получаем:

Для проверки остойчивости после смещения зерна в обоих случаях на график статической остойчивости (Рисунки 4.9, 4.11) наносят график кренящего момента. График кренящего момента в соответствии с Правилами Регистра судоходства представляется прямой линией, проведенной через точки с координатами =00; и =400; . Статический угол крена от смещения зерна определяется по диаграмме статической остойчивости.

Остаточная площадь диаграммы после смещения зерна Sост вычисляется по диаграмме статической остойчивости численными методами.

Рисунок 4.9 - Диаграмма статической остойчивости в случае полного заполнения трюмов.

Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного прямоугольного треугольника:

град.м.=0,157 рад.м., что больше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м).

б) Рассмотрим второй случай, когда предусматривается частичное заполнение трюмов. В случае частичной загрузки трюмов (Рисунок 4.10) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 250.

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с Правилами Регистра, определяется по формуле (4.11)

Для вычисления Sпуст воспользуемся формулой:

Sпуст = (B2тр*tg250)/8 (4.15)

где Sпуст - площадь пустоты после смещения, м2

Bтр - ширина трюма, Bтр = 9,9 м

Sпуст =9,92/8*0,466 = 5,71 м2.

Рисунок 4.10 - Схема перемещения зерна в случае частичного заполнения трюма.

Поперечное смещение пустоты упуст вычисляется по формуле (из Рисунка 4.10):

упуст = Bтр- Bтр/6- Bтр/6

упуст = 9,9-9,9/6-9,9/6 = 6,6 м

Используя формулу (4.9), найдём расчётный кренящий момент MLy:

MLy = 5,71*6,6=37,69 м3

Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле (4.14)

У судов типа «Амур» угол заливания равен зал = 29,12о.

В случае полного заполнения трюмов угол статического крена судна ст равен 1,20, а это меньше 120. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,19 рад.м., что больше 0,075 рад.м.

Следовательно, можно сделать вывод, что в случае полного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна удовлетворяют всем требованиям.

В случае частичной загрузки трюмов угол статического крена судна д равен 12,70, а это больше 120. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,051 м.рад, что меньше 0,075 м.рад.

Тогда, делаем вывод, что в случае частичного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна не удовлетворяют всем требованиям.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЗОН БОРТОВОЙ, КИЛЕВОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОЙ

ДИАГРАММЫ Ю.В. РЕМЕЗА.

5.1 Определение периодов собственных бортовых, килевых и

вертикальных колебаний судна в заданном случае нагрузки.

Значительное возрастание амплитуд бортовых и килевых колебаний судна наблюдается на нерегулярном волнении при совпадении среднего кажущегося периода волн и периода бортовой, килевой или вертикальной качки.

Собственные периоды различных видов качки определяются по формулам

- для бортовой качки; (5.1)

- для килевой и вертикальной качки (5.2)

где Т, Т, Т - периоды бортовой, килевой и вертикальной качки

соответственно, с;

В - ширина судна; В = 13,43 м (см. Часть 1);

d - осадка судна; d = 4 м (см. Часть 1);

с - инерционный коэффициент судна; с = 0,8 с/м1/2

h - метацентрическая высота судна; h = 1,40 м (см. Часть 2)

Тогда, используя формулу (5.1), найдём период бортовой качки:

, Т = 9,08 с

Используя формулу (5.2), найдём период килевой и вертикальной качки:

Т = Т = 2,4.41/2 = 4,8 с

5.2. Определение резонансных сочетаний курсовых углов и скоростей судна для бортовой и килевой качки при волнении с интенсивностью 4 и 6 баллов.

Найдём расчётную длину волны по формуле:

(5.3)

где о - средний период нерегулярных волн, c;

k - коэффициент, учитывающий степень нерегулярности волнения;

k принимается k = 0,78.

Период о может быть вычислен по следующей формуле:

(5.4)

где h3% - определяется по шкале Бофорта.

Резонансные зоны для каждого вида качки определяются по диаграмме Ю.В.Ремеза (Рисунки 5.1-5.4) в следующей последовательности. Откладываем расчетную длины волны на оси ординат и через нее проводим горизонталь до пересечения с границами интервалов.

Т1=0,7 Т ; T2=1,3 T

Т1=0,7 Т; T2=1,3 T

Таким образом:

Для бортовой качки граница определяется

Т1= 0,7 . 9,08 = 6,36 с

Т2= 1,3 . 9,08 = 11,8 с

Для килевой качки граница определяется

Т1= 0,7 . 4,8=3,76 с

Т2= 1,3 . 4,8=6,24 с

Из точек пересечения проводят вертикальные линии до границы, соответствующей максимальной скорости судка в нижней части диаграммы (10 узлов).

Зона, ограниченная вертикальными линиями и полукруглой частью диаграммы, представляет область сочетаний скоростей и курсовых углов судна, неблагоприятных в отношении указанных видов качки.

При анализе и использовании этих расчетов следует помнить, что при курсовых углах (0° < q <12° (встречное волнение) и 168°< q < 180° (попутное волнение) даже в условиях резонанса амплитуды бортовой качки будут незначительны. Поэтому эти диапазоны курсовых углов можно не относить к опасным.

Аналогичным образом из резонансной зоны для килевой качки можно исключить курсовые углы 78° < q < 102°.

6. Литература.

1. Гуральник Б.С., Мейлер Л.Е. «Оценка посадки, остойчивости и поведения судна в процессе эксплуатации». Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы теории судна» для курсантов дневной и заочной формы обучения по специальности 240100 “Организация перевозок и управление на транспорте”. - Калининград, БГА РФ, 2003 г. - 28 с.

2. Кулагин В.Д. Теория и устройство промысловых судов: Учебник
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1986. - 392 с.

3. Правила классификации и постройки морских судов: В 2-х т.- СПб.: Морской Регистр судоходства, 1995 г.

4. Б.М. Яворский, Ю.А. Селезнев «Справочное руководство по физике». - М.: Наука, 1982. - 620 с.